JP5920123B2 - In-vehicle antenna device - Google Patents
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Description
本発明は、車載用アンテナ装置に関し、特に、車々間通信や路車間通信に用いられる車載用アンテナ装置に関する。 The present invention relates to an in-vehicle antenna device, and more particularly to an in-vehicle antenna device used for inter-vehicle communication and road-to-vehicle communication.
従来、特許文献1に記載のように、車両外郭の突起部をなすアンテナカバー(以下、筐体と示す)と、アンテナベース(以下、ベースと示す)とにより形成される空間に、GPSアンテナ、DTVアンテナ、ラジオアンテナが配置されてなるアンテナ装置が知られている。 Conventionally, as described in Patent Document 1, in a space formed by an antenna cover (hereinafter referred to as a casing) that forms a protrusion of a vehicle outer shell and an antenna base (hereinafter referred to as a base), a GPS antenna, An antenna device in which a DTV antenna and a radio antenna are arranged is known.
ところで、アンテナ装置では、使用電波の周波数が高くなるほど、伝送ケーブルでの損失、すなわち伝送損失が問題となる。特に、車々間通信や路車間通信に用いられるアンテナ装置では、使用電波の周波数が例えば5.9GHz帯と高く、伝送損失が問題となる。そこで、ベースに立設される基板にアンテナ素子部を形成し、この基板に、無線通信回路の少なくとも一部をなす回路部を実装することで、回路部をアンテナ素子部に近づけ、伝送損失を抑制することが考えられる。 By the way, in the antenna device, as the frequency of the radio wave used increases, the loss in the transmission cable, that is, transmission loss becomes a problem. In particular, in an antenna device used for vehicle-to-vehicle communication or road-to-vehicle communication, the frequency of radio waves used is high, for example, in the 5.9 GHz band, and transmission loss becomes a problem. Therefore, the antenna element portion is formed on the substrate that is erected on the base, and the circuit portion that forms at least a part of the wireless communication circuit is mounted on the substrate, thereby bringing the circuit portion closer to the antenna element portion and reducing transmission loss. It is possible to suppress it.
このように回路部を基板に実装すると、特許文献1に記載のようなアンテナ装置では、筐体内部に回路部が配置されることとなる。したがって、回路部自身の発熱により、内部空間に熱がこもり、回路部から放熱が十分になされず、回路部の性能が低下する虞がある。 When the circuit unit is mounted on the substrate in this manner, in the antenna device as described in Patent Document 1, the circuit unit is disposed inside the housing. Therefore, heat is accumulated in the internal space due to the heat generated by the circuit unit itself, and heat radiation from the circuit unit may not be sufficiently performed, and the performance of the circuit unit may be deteriorated.
特にアンテナ装置が車両ルーフに配置される場合には、太陽の輻射熱がルーフを介してベースに伝達される。したがって、ベースの熱が、基板を介して回路部に伝達されたり、空間に放熱されるため、回路部の性能が低下しやすい。しかしながら、筐体は車両外郭をなすため、冷却ファンを取り付けたり、通気用の孔部を形成することは、意匠の点で好ましいものではない。 In particular, when the antenna device is disposed on the vehicle roof, solar radiant heat is transmitted to the base via the roof. Therefore, the heat of the base is transmitted to the circuit unit through the substrate or is radiated to the space, so that the performance of the circuit unit is likely to deteriorate. However, since the casing forms an outer shell of the vehicle, it is not preferable in terms of design to attach a cooling fan or to form a ventilation hole.
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、使用電波の周波数が高い車載用アンテナ装置において、筐体の意匠を確保しつつ、回路部の性能低下を抑制することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to suppress performance degradation of a circuit unit while securing a design of a housing in an in-vehicle antenna device having a high frequency of used radio waves.
上記した目的を達成するために、本発明に係る車載用アンテナ装置は、車両(10)のルーフ(11)に取り付けられるベース(22)と、アンテナ素子部(26)を有し、ベース(22)に立設された基板(24)と、アンテナ素子部(26)と電気的に接続される無線通信回路の少なくとも一部をなし、基板(24)に実装された回路部(28)と、樹脂材料を用いて形成され、車両外郭の突起部をなす筐体(30)と、を備え、基板(24)及び回路部(28)は、ベース(22)と筐体(30)とにより形成される空間に収容されており、回路部(28)と筐体(30)との間には、ベース(22)を介さずに、空気よりも熱伝導率が高い熱伝達経路が形成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an in-vehicle antenna device according to the present invention includes a base (22) attached to a roof (11) of a vehicle (10) and an antenna element portion (26). And a circuit part (28) mounted on the board (24), which forms at least a part of a wireless communication circuit electrically connected to the antenna element part (26), It is formed using a resin material, housing forming the projection portion of the vehicle outer (30), comprising a substrate (24) and the circuit section (28) is formed by a base (22) housing (30) A heat transfer path having a higher thermal conductivity than air is formed between the circuit portion (28) and the housing (30) without the base (22). It is characterized by being.
これによれば、回路部(28)が基板(26)に実装されている、換言すればアンテナ素子部(26)の近くに回路部(28)が配置されているため、使用電波の周波数が高くても、伝送損失を抑制することができる。したがって、例えば数GHzを使用電波の周波数とする車載用アンテナ装置として好適である。 According to this, since the circuit unit (28) is mounted on the substrate (26), in other words, the circuit unit (28) is disposed near the antenna element unit (26), the frequency of the radio wave used is reduced. Even if it is high, transmission loss can be suppressed. Therefore, for example, it is suitable as a vehicle-mounted antenna device having a frequency of a used radio wave of several GHz.
そして、回路部(28)と筐体(30)との間には、ベース(22)を介さずに、空気よりも熱伝導率の高い熱伝達経路が形成されている。このため、筐体(30)とベース(22)により形成される空間に回路部(28)が配置されながらも、回路部(28)の生じる熱を、筐体(30)に逃がすことができる。また、ルーフ(11)から、基板(24)を介して回路部(28)に伝達される太陽輻射熱を、筐体(30)に逃がすことができる。したがって、筐体(30)の意匠を確保しつつ、温度上昇によって回路部(28)の性能が低下するのを抑制することができる。なお、立設とは、基板(24)の板厚方向が、ベース(22)に対する垂直方向と異なるように、基板(24)がベース(22)に配置された状態を指す。 Further, between the circuit section (28) housing (30), without passing through the base (22), the heat transfer path having high heat conductivity is formed than air. Therefore, the circuit portion in a space formed by the housing (30) and the base (22) (28) while is placed, the heat generated of the circuit section (28) can be released to the casing (30) . Further, from the roof (11), a solar radiation heat transmitted to the circuit portion (28) through the substrate (24) can be released to the housing (30). Therefore, it can suppress that the performance of a circuit part (28) falls by temperature rise, ensuring the design of a housing | casing (30). Note that the standing arrangement refers to a state in which the substrate (24) is disposed on the base (22) such that the thickness direction of the substrate (24) is different from the direction perpendicular to the base (22).
また、本発明のさらなる特徴は、回路部(28)が、ベース(22)に対する垂直方向において、ベース(22)から離れた位置で基板(24)に実装されていることにある。 A further feature of the present invention is that the circuit section (28) is mounted on the substrate (24) at a position away from the base (22) in a direction perpendicular to the base (22).
このように、回路部(28)をベース(22)から離れた位置とすることで、回路部(28)に伝達される太陽輻射熱を低減することができる。すなわち、温度上昇によって回路部(28)の性能が低下するのを抑制することができる。 Thus, the solar radiation heat transmitted to a circuit part (28) can be reduced by making a circuit part (28) into the position away from the base (22). That is, it is possible to suppress the performance of the circuit unit (28) from being deteriorated due to the temperature rise.
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。なお、各実施形態において、共通乃至関連する要素には同一の符号を付与するものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each embodiment, common or related elements are given the same reference numerals.
(第1実施形態)
図1に示すように、本実施形態に係る車載用アンテナ装置20は、車両10のルーフ11に取り付けられる。このような車載用アンテナ装置20は、シャークフィン型のアンテナ装置として知られている。以下、車載用アンテナ装置20を、単にアンテナ装置20と示す。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the vehicle-mounted
アンテナ装置20は、要部として、図2及び図3に示すように、ベース22と、ベース22に立設された基板24と、基板24に実装された回路部28と、樹脂材料を用いて形成され、車両外郭の突起部をなす筐体30と、を備えている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
ベース22は、基板24を車両10に固定するための基台であり、図示しない取付部材を介してルーフ11に取り付けられている。このベース22は、平板状をなしており、ルーフ11に対して略平行に配置される。また、ベース22が金属材料を用いて形成され、取付部材を介してルーフ11と電気的に接続される場合、ベース22は地板として機能する。地板として用いるか否かは、アンテナ装置20の用途に応じて適宜選択される。
The
基板24は、アンテナ素子部26を有している。本実施形態では、アンテナ素子部26として、例えば5.9GHz帯を使用電波の周波数とする車々間通信用のアンテナが形成されている。
The
この基板24は、所謂プリント基板であり、プリント基板を構成する配線パターンの一部としてアンテナ素子部26が形成されている。基板24は、電気絶縁材料からなる基材を有しており、例えば基材における少なくとも一方の表面に、配線パターンとしてアンテナ素子部26が配置されている。本実施形態では、基材の一面に配置された銅箔がパターニングされて、アンテナ素子部26が形成されている。また、アンテナ素子部26が、モノポール構造のアンテナエレメント26aと、アンテナエレメント26aの一端に連結され、グランドとして機能する幅広部26bと、を有している。そして、基板24はベース22に立設されている。なお、立設とは、基板24の板厚方向が、ベース22に対する垂直方向と異なるように、基板24がベース22に配置された状態を指す。ベース22に対する垂直方向は、換言すればベース22の厚み方向である。本実施形態では、基板24におけるアンテナ素子部26の形成面と、ベース22における基板24の配置面とが略直交するように、図示しない固定部材によって、基板24がベース22に固定されている。換言すれば、基板24の板厚方向とベース22の厚み方向が略直交するように、基板24がベース22に固定されている。
This
回路部28は、基板24に実装されている。この回路部28は、アンテナ素子部26と電気的に接続され、アンテナ素子部26を介して外部と無線通信を行う無線通信回路の少なくとも一部をなすものである。本実施形態では、回路部28として、送信信号を増幅するパワーアンプを含んでいる。そして、この回路部28は、アンテナ素子部26の幅広部26bに電気的且つ機械的に接続されている。それ以外にも、回路部28として、パワーアンプとともに、受信信号を増幅するローノイズアンプを含んでも良い。さらには、パワーアンプ、ローノイズアンプに加え、給電ラインを送信側及び受信側のいずれかに切り替えるスイッチを含んでも良い。また、パワーアンプ、ローノイズアンプ、スイッチに加え、送信側のバンドパスフィルタ、受信側のバンドパスフィルタを含む構成としても良い。さらには、無線通信回路全体を含む構成としても良い。
The
この回路部28としては、プリント基板に電子部品が実装されてなる回路基板、半導体チップなどの電子部品がパッケージ化されたもの、回路が1つの半導体チップに集積されたもの、を採用することができる。本実施形態では、回路部28としてモールドパッケージを採用している。
The
筐体30は、樹脂材料を用いて形成され、車両外郭の突起部をなしている。本実施形態では、筐体30とベース22とにより形成される空間に、回路部28の実装された基板24が収容されている。また、筐体30は、ルーフ11の突起部をなすように、所謂シャークフィン状に形成されている。本実施形態に係る筐体30は、図3に示すように、基板24が配置された領域において、基板24の板厚方向に沿う開口幅が、ベース22の厚み方向においてベース22から離れるほど狭くなっている。換言すれば、ベース22の厚み方向において、ベース22から遠ざかるほど、基板24の板厚方向において、基板24と筺体30との距離が近くなっている。
The
また、筐体30は、厚肉部30aを有している。この厚肉部30aは、筐体30の他の部分よりも厚肉とされた部分であり、少なくとも回路部28との対向部分に形成されている。本実施形態では、図2に破線で示すように、回路部28に対応して、筐体30に、厚肉部30aが形成されている。また、基板24におけるアンテナ素子部26の形成面の反対の面側にも、回路部28に対応して、筐体30に、厚肉部30aが形成されている。すなわち、互いに対向するように、凸状の一対の厚肉部30aが形成されている。そして、一対の厚肉部30aに対して、回路部28の実装された基板24が圧入され、一方の厚肉部30aに回路部28が接触している。また、他方の厚肉部30aに、基板24における回路部28の実装部位の裏面部位が接触している。
Moreover, the housing | casing 30 has the
次に、アンテナ装置20の作用効果について説明する。
Next, the function and effect of the
本実施形態では、回路部28が、アンテナ素子部26を有する基板24に実装されている。換言すればアンテナ素子部26の近くに回路部28が配置されている。このため、使用電波の周波数が数GHzと高くても、伝送損失を抑制することができる。したがって、車々間通信や路車間通信に用いられるアンテナ装置20として好適である。
In the present embodiment, the
このように基板24に回路部28を実装しただけでは、回路部28と筐体30との間に存在する空気層を介して、回路部28の生じた熱、例えばパワーアンプの生じた熱が、筐体30に伝達される。また、ルーフ11が太陽の輻射熱を受け、その熱がベース22に伝達される。そして、ベース22に伝達された熱は、基板24を介して回路部28に伝達される。また、ベース22から、ベース22と筐体30とにより形成される空間に放熱される。このため、回路部28の温度が上昇しやく、空間に熱がこもりやすい。したがって、回路部28から筐体30への放熱効率が低く、回路部28の温度上昇により、回路部28の性能が低下する虞がある。
If the
これに対し、本実施形態では、回路部28と筐体30との間に、ベース22を介すことなく、空気よりも熱伝導率の高い熱伝達経路が形成されている。詳しくは、回路部28が筐体30の厚肉部30aに直接的に接触し、これにより、回路部28と筐体30との間に、熱伝達経路が形成されている。このため、筐体30とベース22により形成される空間に回路部28が配置されながらも、回路部28の生じる熱を、筐体30に逃がすことができる。また、ルーフ11から、ベース22及び基板24を介して回路部28に伝達される太陽輻射熱を、筐体30に逃がすことができる。そして、走行時の気流により、筐体30を冷却することができる。したがって、冷却ファンの取り付けや、通気用の孔部を形成することなく、すなわち、筐体30の意匠を損なうこと無く、温度上昇によって回路部28の性能が低下するのを抑制することができる。
In contrast, in the present embodiment, between the
特に本実施形態では、回路部28における基板24と反対の面が、筐体30の厚肉部30aに接触している。したがって、回路部28の熱を、筐体30に直接放熱することができる。また、筐体30が厚肉部30aを有しているため、筐体30と回路部28との距離が近くなり、放熱させやすい。なお、本実施形態では、基板24における回路部28の実装部位の裏面部位にも厚肉部30aが接触している。このため、回路部28の熱を、基板24を介して反対側の厚肉部30a側に放熱することもできる。
Particularly in this embodiment, the surface opposite to the
本発明者は、上記効果について、熱流動解析を用いたシミュレーションにより確認した。その際、外気温は45℃、ルーフ11の温度は120℃とした。また、図4に示すように、回路部28と厚肉部30aとのクリアランス及び、基板24における回路部28の実装部位の裏面部位と対向する厚肉部30aとのクリアランスを、互いに等しいL1とした。図5は、クリアランスL1と、回路部28の温度との関係を示している。クリアランスL1がゼロ、すなわち、回路部28及び基板24における回路部28の実装部位の裏面部位に、対応する厚肉部30aがそれぞれ接触した状態で、回路部28の温度は約70℃であった。また、クリアランスL1が長くなるほど、回路部28の温度は高くなり、例えばクリアランスL1が0.5mmで、回路部28の温度は約78℃であった。そして、厚肉部30aなしの状態で、図5に破線で示すように、回路部28の温度は約90℃であった。この結果からも、回路部28が筐体30の厚肉部30aに直接的に接触し、これにより、回路部28と筐体30との間に、熱伝達経路が形成されることで、回路部28の温度を低下させることができることが明らかとなった。換言すれば、回路部28の性能が低下するのを抑制することができることが明らかとなった。
The present inventor confirmed the above effect by a simulation using thermal fluid analysis. At that time, the outside air temperature was 45 ° C., and the temperature of the
また、本実施形態では、回路部28が、ベース22に対する垂直方向において、ベース22から離れた位置で基板24に実装されている。このように、回路部28をベース22から離れた位置とすることで、回路部28に伝達される太陽輻射熱を低減することができる。すなわち、温度上昇によって回路部28の性能が低下するのを抑制することができる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、回路部28が、無線通信回路の中で最も発熱量が大きいパワーアンプを含んでいる。しかしながら、上記したように、回路部28と筐体30との間に、空気よりも熱伝導率の高い熱伝達経路が形成されているため、パワーアンプを含みながらも、回路部28の性能低下を抑制することができる。
In the present embodiment, the
なお、本実施形態では、筐体30のうち、回路部28及び基板24における回路部28の実装部位の裏面部位、に対向して厚肉部30aを設ける例を示した。しかしながら、厚肉部30aの形成範囲は上記例に限定されるものではない。例えば図6に示す第1変形例のように、一対の厚肉部30aが、ベース22に対する筐体30の突出先端まで、所定の対向距離を保持しつつ延設された構成としても良い。
In the present embodiment, among the
(第2実施形態)
本実施形態において、上記実施形態に示したアンテナ装置20と共通する部分についての説明は割愛する。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, description of portions common to the
本実施形態の特徴は、図7に例示するように、回路部28と筐体30との間に、空気よりも熱伝導率が高い材料からなる熱伝導部材32が介在され、これにより、熱伝達経路が形成されていることにある。特に図7に示す例では、熱伝導部材32として、弾性部材である、ゴム製の環状部材を採用している。そして、熱伝導部材32としての環状部材は、回路部28及び基板24における回路部28の実装部位の裏面部位に接触するように配置され、例えば接着固定されている。
As illustrated in FIG. 7, the feature of the present embodiment is that a
このように、回路部28と筐体30との間に、熱伝導部材32を介在させることで、空気を介して回路部28の熱を筐体30に放熱するよりも、放熱性を向上することができる。また、熱伝導部材32が、上記したゴム製の環状部材のように、弾性部材を含むようにすると、筐体30に組み付ける際に、環状部材が弾性変形するため、筐体30との間に熱伝達経路を形成しつつ組み付けがしやすい。
Thus, between the
なお、熱伝導部材32は、上記例に限定されるものではない。Cuなどの金属からなる部材、ゴムからなる部材、樹脂からなる部材、ゲルからなる部材など、空気よりも熱伝導率の高い材料からなる部材を少なくとも1種類含むものであれば良い。例えば図8に示す第2変形例では、筐体30の厚肉部30aと回路部28の間に、熱伝導部材32として放熱ゲルが介在されている。同様に、基板24における回路部28の実装部位の裏面部位と厚肉部30aの間にも、熱伝導部材32として放熱ゲルが介在されている。
The
(第3実施形態)
本実施形態において、上記実施形態に示したアンテナ装置20と共通する部分についての説明は割愛する。
(Third embodiment)
In the present embodiment, description of portions common to the
本実施形態の特徴は、図9及び図10に例示するように、基板24としてフレキシブル基板を採用している。また、筐体30は、基板24を内面に沿って配置させるガイド部34を有している。そして、基板24における回路部28の実装面と反対の面のうち、少なくとも回路部28の実装部位の裏面部位が、筐体30の内面に接触している。なお、図9に示す符号36は、コネクタである。
A feature of the present embodiment is that a flexible substrate is employed as the
このように、基板24としてフレキシブル基板を採用すると、筐体30の厚肉部30aを設けること無く、基板24における回路部28の実装部位の裏面部位を筐体30の内面に接触させることができる。これにより、回路部28と筐体30との間に、基板24を介した熱伝達経路が形成される。したがって、筐体30の意匠を確保しつつ、温度上昇によって回路部28の性能が低下するのを抑制することができる。
Thus, when employing a flexible substrate as the
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
アンテナ素子部26は上記例に限定されるものではない。
The
上記実施形態では、回路部28が、ベース22から離れた位置で基板24に実装される例を示した。しかしながら、回路部28は基板24に実装されていればよく、ベース22に対する位置は上記例に限定されるものではない。例えばベース22に接触しても良い。しかしながら、離れて設けたほうが良いのは、上記したとおりである。
In the above embodiment, an example in which the
上記実施形態では、回路部28が基板24の一面にのみ実装される例を示した。しかしながら、基板24の両面に回路部28が実装された構成を採用することもできる。
In the above embodiment, an example in which the
上記実施形態では、筐体30の厚肉部30aに回路部28が接触する例を示した。しかしながら、筐体30における回路部28との接触部位は厚肉部30aに限定されるものではない。筐体30における厚肉部30a以外の部分に、回路部28が接触する構成としても良い。さらには、厚肉部30aを有さない筐体30、すなわち均一厚さをなす筐体30に対し、回路部28が接触する構成としても良い。
In the above embodiment, an example in which the
上記実施形態では、アンテナ素子部26として、例えば5.9GHz帯を使用電波の周波数とする車々間通信用のアンテナが形成される例を示した。しかしながら、アンテナ素子部26の使用電波の周波数、用途は上記例に限定されるものではない。
In the above-described embodiment, an example in which an antenna for vehicle-to-vehicle communication having a frequency of the used radio wave in the 5.9 GHz band, for example, is formed as the
10・・・車両、11・・・ルーフ、20・・・アンテナ装置(車載用アンテナ装置)、22・・・ベース、24・・・基板、26・・・アンテナ素子部、26a・・・アンテナエレメント、26b・・・幅広部、28・・・回路部、30・・・筐体、30a・・・厚肉部、32・・・熱伝導部材、34・・・ガイド部、36・・・コネクタ、L1・・・クリアランス
DESCRIPTION OF
Claims (8)
アンテナ素子部(26)を有し、前記ベース(22)に立設された基板(24)と、
前記アンテナ素子部(26)と電気的に接続される無線通信回路の少なくとも一部をなし、前記基板(24)に実装された回路部(28)と、
樹脂材料を用いて形成され、車両外郭の突起部をなす筐体(30)と、を備え、
前記基板(24)及び前記回路部(28)は、前記ベース(22)と前記筐体(30)とにより形成される空間に収容されており、
前記回路部(28)と前記筐体(30)との間には、前記ベース(22)を介さずに、空気よりも熱伝導率が高い熱伝達経路が形成されていることを特徴とする車載用アンテナ装置。 A base (22) attached to the roof (11) of the vehicle (10);
A substrate (24) having an antenna element portion (26) and erected on the base (22);
A circuit part (28) which forms at least a part of a wireless communication circuit electrically connected to the antenna element part (26) and is mounted on the substrate (24);
A housing (30) that is formed using a resin material and forms a protruding portion of the vehicle outer shell,
The substrate (24) and the circuit part (28) are accommodated in a space formed by the base (22) and the housing (30),
A heat transfer path having a higher thermal conductivity than air is formed between the circuit section (28) and the housing (30) without using the base (22). In-vehicle antenna device.
前記筐体(30)は、前記フレキシブル基板(24)を内面に沿って配置させるガイド部(34)を有し、
前記フレキシブル基板(24)における前記回路部(28)の実装面と反対の面のうち、少なくとも前記回路部(28)の実装部位に対応する部分が、前記筐体(30)の内面に接触していることを特徴とする請求項1〜3いずれか1項に記載の車載用アンテナ装置。 The substrate (24) is a flexible substrate,
The housing (30) has a guide part (34) for arranging the flexible substrate (24) along the inner surface,
Of the surface of the flexible substrate (24) opposite to the mounting surface of the circuit portion (28), at least a portion corresponding to the mounting portion of the circuit portion (28) is in contact with the inner surface of the housing (30). The in-vehicle antenna device according to any one of claims 1 to 3, wherein the on-vehicle antenna device is provided.
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